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Chemiereaktoren

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Beschreibung

Kenntnisse der Auslegung und Simulation von Chemiereaktoren sind die Voraussetzung fur den optimalen technischen und wirtschaftlichen Betrieb von chemischen Prozessen. In der neuen Auflage von 'Chemiereaktoren' gibt Jens Hagen einen bewahrten und verstandlichen Einstieg in das komplexe Thema und vermittelt die Grundlagen der Reaktionstechnik. Alle erforderlichen Auslegungsgleichungen auf Basis der Stoff-, Warme- und Impulsbilanz unter Berucksichtigung von Stochiometrie und Kinetik der Reaktionen werden abgeleitet und erlautert. Jedes Kapitel enthalt vollstandig durchgerechnete Beispiele und Ubungsaufgaben mit kommentierten Losungen. Um einen Einstieg in die Modellierung und Simulation von Chemiereaktoren zu geben, nutzt Jens Hagen das Softwarepaket POLYMATH, das das Finden von numerischen Problemlosungen leicht nachvollziehbar und mit geringem Aufwand erlaubt. Zielgerichtet wird die Modellierung von Problemstellungen geubt und es werden verstandliche Losungswege aufgezeigt, um Probleme aus der Praxis zu losen. In der zweiten Auflage wurde das Buch um die Losung von Differenzialgleichungen zweiter Ordnung und von partiellen Differenzialgleichungen erweitert, um komplexere Fragestellungen des Stoff- und Warmeaustauschs losen zu konnen. Zusatzlich wurden viele neue Beispiele und Simulationen aufgenommen, die reale Probleme in der Reaktionstechnik widerspiegeln und eine Ubertragung der Beispiele in die Praxis erleichtern.

Inhalt

Inhaltsverzeichnis

Vorwort zur 2. Auflage IX

Vorwort zur 1. Auflage XI

Formelzeichen und Abkurzungen XIII

1 Einfuhrung 1

1.1 Die Aufgaben der Chemischen Reaktionstechnik 1

1.2 Wirtschaftliche Prozessführung 4

1.3 Literatur zu Beispielen, Übungen und weiterführende Literatur 6

2 Chemiereaktoren im Uberblick 7

2.1 Betriebsweise und Grundtypen von Chemiereaktoren 7

2.2 Beurteilungsgrößen für Chemiereaktoren 11

2.3 Literatur zu Beispielen, Übungen und weiterführende Literatur 17

Lösungen zu den Übungsaufgaben 17

3 Physikalisch-chemische Aspekte der Reaktionstechnik 19

3.1 Umsatz und Stöchiometrie 19

3.2 Das chemische Gleichgewicht 23

3.3 Reaktionskinetische Gleichungen 24

3.4 Aufstellen der Stoffbilanz 28

3.5 Aufstellen derWärmebilanz 30

3.6 Literatur zu Beispielen, Übungen und weiterführende Literatur 31

Lösungen zu den Übungsaufgaben 32

4 Grundlagen der Reaktormodellierung und -simulation 33

4.1 Mathematische Modelle 33

4.2 Simulation 36

4.3 Numerische Differenziation 37

4.4 Lösung von partiellen Differenzialgleichungen 39

4.5 Lösung von Differenzialgleichungen 2. Ordnung 39

4.6 Lösung eines Systems von nichtlinearen Gleichungen 43

4.7 Literatur zu Beispielen, Übungen und weiterführende Literatur 48

Lösungen zu den Übungsaufgaben 49

5 Ideale, isotherm betriebene Reaktoren 53

5.1 Der diskontinuierlich betriebene Rührkessel 53

5.2 Der kontinuierlich betriebene Rührkessel 68

5.2.1 Das Anfahrverhalten eines kontinuierlich betriebenen Rührkessels 69

5.3 Das Strömungsrohr 78

5.4 Reaktoren mit Kreislaufführung 89

5.4.1 Der Kreislauf- oder Schlaufenreaktor 89

5.4.2 Reaktor mit Trennstufe und Rückführung 96

5.5 Halbkontinuierlich betriebene Reaktoren 101

5.6 Reaktorkombinationen 109

5.6.1 Die Rührkesselkaskade 110

5.6.2 Reihenschaltung von Rührkessel und Strömungsrohr 119

5.6.3 Reihen- und Parallelschaltung von Strömungsrohren 121

5.7 Leistungsvergleich der Idealreaktoren 122

5.8 Literatur zu Beispielen, Übungen und weiterführende Literatur 130

Lösungen zu den Übungsaufgaben 131

6 Messung und Auswertung kinetischer Daten fur den

Reaktorbetrieb 145

6.1 Rückvermischungseffekt bei einfachen Reaktionen 145

6.2 Reaktordesign für komplexe Reaktionen 153

6.2.1 Parallelreaktionen 154

6.2.2 Folgereaktionen 156

6.2.3 Komplexe Serienreaktionen 159

6.2.4 Vergleichende Betrachtung von komplexen Reaktionen 161

6.3 Laborreaktoren für kinetische Untersuchungen 169

6.4 Analyse kinetischer Daten mittels Regression 182

6.5 Literatur zu Beispielen, Übungen und weiterführende Literatur 193

Lösungen zu den Übungsaufgaben 194

7 Nichtideale Reaktoren und Reaktormodelle 201

7.1 Verweilzeitspektrum 201

7.2 Verweilzeitsummenfunktion und mittlere Verweilzeit 204

7.3 Experimentelle Ermittlung der Verweilzeitkurven 207

7.4 Verweilzeitverteilung und Umsatz in Realreaktoren 209

7.5 Modellbetrachtungen 215

7.5.1 Diffusions- und Kaskadenmodell 216

7.5.2 Zwei-Parameter-Modell: Rührreaktor mit Totzone und Kurzschlussströmung 226

7.5.3 Rührreaktormit Kurzschlussströmung und schlecht durchmischter Zone 230

7.6 Einfluss der Vermischung auf den Umsatz 234

7.6.1 Segregation 234

7.6.2 Zeitpunkt der Vermischung 239

7.7 Der laminar durchströmte Rohrreaktor 241

7.8 Isothermes Strömungsrohr mit axialer Dispersion 244

7.9 Simulation von Realreaktoren 248

7.10 Literatur zu Beispielen, Übungen und weiterführende Literatur 253

Lösungen zu den Übungsaufgaben 254

8 Reaktorauslegung unter Berucksichtigung desWarmetransports 257

8.1 Lenkung des Temperaturverlaufs in Reaktoren 257

8.2 Wärmeumsatz in Reaktoren 259

8.3 Wärmetechnische Auslegung von Chemiereaktoren 262

8.3.1 Der diskontinuierlich betriebene Rührkessel 263

8.3.2 Das ideale Strömungsrohr 274

8.3.3 Der kontinuierlich betriebene Rührkessel 283

8.4 Literatur zu Beispielen, Übungen und weiterführende Literatur 294

Lösungen zu den Übungsaufgaben 295

9 Der Einfluss des Stoffubergangs auf den Reaktorbetrieb 301

9.1 Fluid-Fluid-Reaktionen 301

9.2 Heterogen katalysierte Reaktionen 307

9.2.1 Filmdiffusion und chemische Reaktion 309

9.2.2 Porendiffusion und katalytische Reaktion 311

9.2.3 Stoff- undWärmeübergang in porösen Katalysatoren 316

9.2.4 Berechnung von Katalysereaktoren 330

9.2.5 Katalysatordesaktivierung 341

9.3 Druckverlust in Festbettreaktoren 346

9.4 Reaktionen zwischen Gas, Flüssigkeit und Feststoff 3...

Produktinformationen

Titel: Chemiereaktoren
Untertitel: Grundlagen, Auslegung und Simulation
Autor:
EAN: 9783527806607
ISBN: 978-3-527-80660-7
Digitaler Kopierschutz: Adobe-DRM
Format: E-Book (pdf)
Herausgeber: Wiley-Vch
Genre: Chemie
Anzahl Seiten: 464
Veröffentlichung: 31.03.2017
Jahr: 2017
Auflage: 2. Auflage
Dateigrösse: 10.2 MB

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